一种Buck型变换器拓扑的制作方法

本发明涉及电能转换的技术领域，尤其涉及的是一种buck型变换器拓扑。

背景技术：

随着大容量、新能源、特殊环境电能变换技术，特别是近年来流行的电力电子变压器、正弦交流调压器、交流斩波器和柔性交流输电系统(facts)控制器等，能源系统对交交变换器的灵活性和稳定性要求也日益苛刻，传统两电平变换器拓扑已无法满足器件电压电流等级的要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种buck型变换器拓扑，解决了现有技术中变换器拓扑的电压电流等级较低的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种buck型变换器拓扑，其中，所述拓扑包括：

用于控制电路的接入的双向开关模块；用于对输入电压进行调整，输出满足用电负载需要输出电压的降压模块；用于滤去整流输出电压中的纹波的输出滤波模块；用于对电路中输入电压进行分压的输入分压模块；用于滤去整流输入电压中的纹波的输入滤波模块；

所述输入滤波模块与输入分压模块、双向开关模块连接；所述输入分压模块与双向开关模块、降压模块连接；所述双向开关模块与降压模块、输出滤波模块连接；所述降压模块与输出滤波模块连接；

通过控制双向开关模块及降压模块的导通或断开，调整所述拓扑的开关模态。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述输入分压模块包括第一电容和第二电容；所述输入双向开关模块包括第一双向开关模块和第二双向开关模块；所述降压模块包括第一降压模块和第二降压模块；

所述输入滤波模块一端连接输入电压端；所述输入滤波模块另一端与第一电容一端、第一双向开关模块一端连接；所述第一电容另一端与第二电容一端、第一降压模块的输入端、第二降压模块的输出端连接；所述第二电容另一端与第二双向开关模块一端连接；所述第二双向开关模块另一端与第二降压模块输入端、输出滤波模块一端连接；所述第一双向开关模块另一端与输出滤波模块另一端连接。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述第一双向开关模块包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管及第一三极管构成；所述第一二极管正极与输入滤波模块另一端、第一电容一端、第三二极管负极连接；所述第一二极管负极与第一三极管集电极、第二二极管负极连接；所述第三二极管正极与第一三极管发射极、第四二极管正极连接；所述第二二极管正极与第一降压模块输出端、输出滤波模块一端、第四二极管负极连接。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述第二双向开关模块包括：第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管及第二三极管构成；所述第五二极管正极与输入电压端、第二电容另一端、第七二极管负极连接；所述第五二极管负极与第二三极管集电极、第六二极管负极连接；所述第七二极管正极与第二三极管发射极、第八二极管正极连接；所述第六二极管正极与第二降压模块输入端、输出滤波模块另一端、第八二极管负极连接。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述第一降压模块包括：第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第三三极管、第四三极管及第一蓄电池组；所述第九二极管正极与第十一二极管负极连接，两者连线中一点为第一降压模块输出端；所述第九二极管负极与第三三极管集电极、第十二极管负极、第一蓄电池组正极连接；所述第十一二极管正极与第一蓄电池组负极、第四三极管发射极、第十二二极管正极连接；所述第十二极管正极与第三三极管发射极、第四三极管集电极、第十二二极管负极连接，所述连线中一点为第一降压模块输入端。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述第二降压模块包括：第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、第十六二极管、第五三极管、第六三极管及第二蓄电池组；所述第十三二极管正极与第十五二极管负极连接，所述连线中一点为第二降压模块输出端；所述第十三二极管负极与第五三极管集电极、第十四二极管负极、第二蓄电池组正极连接；所述第十五二极管正极与第二蓄电池组负极、第六三极管发射极、第十六二极管正极连接；所述第十六二极管负极与第五三极管发射极、第六三极管集电极、第十四二极管负极连接，所述连线中一点为第二降压模块输入端。

所述的buck型变换器拓扑，其中，所述输出滤波模块包括：第二电感、第三电容；所述第二电感与第一双向开关模块另一端、第一降压模块输出端连接；所述第三电容与第二双向开关模块另一端、第二降压模块输入端连接。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述开关模态为模态1、模态2时，输出电压均为uout＝d1uin,其中uout为输出电压，uin为输入电压，d1为双向开关模块的占空比。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述开关模态为模态3、模态4时，输出电压均为其中uout为输出电压，uin为输入电压，d1为双向开关模块的占空比，d2为降压模块的占空比，v为蓄电池组的电压值。

所述的buck型变换器拓扑，其中，

所述开关模态为模态5、模态6时，输出电压均为其中uout为输出电压，uin为输入电压，d1为双向开关模块的占空比。

本发明所提供的一种buck型变换器拓扑，该变换器拓扑中不需要加入变压器，直接从交流到交流，可以实现单级功率变换，且变换器拓扑更为简单；采用较多的电平数去逼近所希望的波形，有效的降低系统输出总谐波畸变率(thd)，从而可以大大减小滤波器的体积和质量、提高输出波形质量；且在电压回路中，串联的功率开关管数量比较多，总输入电压不变的情况下，每个开关管所承担的电压应力较小。

附图说明

图1是本发明的一种buck型变换器拓扑电路图。

图2是本发明的buck型变换器拓扑的开关模态(模态1)示意图。

图3是本发明的buck型变换器拓扑的开关模态(模态2)示意图。

图4是本发明的buck型变换器拓扑的开关模态(模态3)示意图。

图5是本发明的buck型变换器拓扑的开关模态(模态4)示意图。

图6是本发明的buck型变换器拓扑的开关模态(模态5)示意图。

图7是本发明的buck型变换器拓扑的开关模态(模态6)示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中变换器中需要有一个变压器作为中间环节，且在变压器前后各有一级功率变换电路，在变换过程需要先整流为直流再逆变为交流，变换器的变换过程较复杂。本发明提供了一种buck型变换器拓扑，在该拓扑中不需要变压器，且能直接从交流到交流，实现单级功率变换。

如图1所示，为本发明的一种buck型变换器拓扑电路图，所述拓扑包括：双向开关模块，用于控制电路的接入；降压模块，用于对输入电压进行调整，输出满足用电负载需要的输出电压；输出滤波模块，用于滤去整流输出电压中的纹波；输入分压模块，用于对电路中的输入电压进行分压；输入滤波模块，用于滤去整流输入电压中的纹波。

所述输入滤波模块与输入分压模块、双向开关模块连接；所述输入分压模块与双向开关模块、降压模块连接；所述双向开关模块与降压模块、输出滤波模块连接；所述降压模块与输出滤波模块连接。通过控制双向开关模块及降压模块的导通或断开，调整所述拓扑的开关模态。

所述输入双向开关模块包括第一双向开关模块1和第二双向开关模块2；每个双向开关模块由四个二极管及一个三极管构成。

所述降压模块包括第一降压模块3和第二降压模块4；每个降压模块包括四个二极管、两个三极管及一个蓄电池组构成。在电压回路中，串联的功率开关管数量比较多，总输入电压不变，则每个开关管所需承担的电压应力就会比较小。

所述输出滤波模块5包括第二电感l2、第三电容c3。

所述输入分压模块6包括两个分压电容：第一电容c1和第二电容c2。

所述输入滤波模块7包括第一电感l1；

所述输入滤波模块7一端连接输入电压端；所述输入滤波模块7另一端与第一电容c1一端、第一双向开关模块1一端连接；所述第一电容c1另一端与第二电容c2一端、第一降压模块3的输入端、第二降压模块4的输出端连接；所述第二电容c2另一端与第二双向开关模块2一端连接；所述第二双向开关模块2与第二降压模块4输入端、输出滤波模块5一端连接；所述第一双向开关模块1另一端与输出滤波模块5另一端连接。

所述第一双向开关模块1包括：第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4及第一三极管t1构成；所述第一二极管d1正极与第一电感l1另一端、第一电容c1一端、第三二极管d3负极连接；所述第一二极管d1负极与第一三极管t1集电极、第二二极管d2负极连接；所述第三二极管d3正极与第一三极管t1发射极、第四二极管d4正极连接；所述第二二极管d2正极与第一降压模块3输出端、输出滤波模块5一端连接；所述第二二极管d2正极与第一降压模块3输出端、输出滤波模块5一端、第四二极管d4负极连接。

所述第二双向开关模块2包括：第五二极管d5、第六二极管d6、第七二极管d7、第八二极管d8及第二三极管t2构成；所述第五二极管d5正极与输入电压端、第二电容c2另一端、第七二极管d7负极连接；所述第五二极管d5负极与第二三极管t2集电极、第六二极管d6负极连接；所述第七二极管d7正极与第二三极管t2发射极、第八二极管d8正极连接；所述第六二极管d6正极与第二降压模块4输入端、输出滤波模块5另一端、第八二极管d8负极连接。

所述第一降压模块3包括：第九二极管d9、第十二极管d10、第十一二极管d11、第十二二极管d12、第三三极管t3、第四三极管t4及第一蓄电池组v1；所述第九二极管d9正极与第十一二极管d11负极连接，两者连接中一点为第一降压模块3输出端；所述第九二极管d9负极与第三三极管t3集电极、第十二极管d12负极、第一蓄电池组v1正极连接；所述第十一二极管d11正极与第一蓄电池组v1负极、第四三极管t4发射极、第十二二极管d12正极连接；所述第十二极管d12正极与第三三极管t3发射极、第四三极管t4集电极、第十二二极管d12负极连接，所述连线中一点为第一降压模块3输入端。

所述第二降压模块包括：第十三二极管d13、第十四二极管d14、第十五二极管d15、第十六二极管d16、第五三极管t5、第六三极管t6及第二蓄电池组v2；所述第十三二极管d13正极与第十五二极管d15负极连接，所述连线中一点为第二降压模块4输出端；所述第十三二极管d13负极与第五三极管t5集电极、第十四二极管d14负极、第二蓄电池组v2正极连接；所述第十五二极管d15正极与第二蓄电池组v2负极、第六三极管t6发射极、第十六二极管d16正极连接；所述第十六二极管d16负极与第五三极管t5发射极、第六三极管t6集电极、第十四二极管d14负极连接，所述连线中一点为第二降压模块4输入端。在降压模块中，蓄电池反向串入电压回路中，能更好的降低电压。

所述输出滤波模块5包括：第二电感l2、第三电容c3；所述第二电感l2与第一双向开关模块1输出端、第一降压模块3输出端连接；所述第三电容c3与第二双向开关模块2输出端、第二降压模块4输入端连接。

在该buck型变换器的输出端还连接一负载r1，该负载上的电压值即为输出电压uout。

基于上述的一种buck型变换器拓扑，本发明对该拓扑的不同开关模态进行分析，不同开关模态下输出的电压值不同，通过调整各开关模态的工作顺序，并对占空比进行适当的控制，就可以用多阶梯波形使得输出电压逼近正弦波形，有效的降低系统输出总谐波畸变率(thd)。通过控制双向开关模块及降压模块的导通或断开，调整所述拓扑的开关模态。

如图2所述，为本发明的一种buck型变换器拓扑开关模态(模态1)示意图，此时，第一双向开关模块1与第二双向开关模块2均处于导通状态，而第一降压模块3及第二降压模块4断开。第一双向开关模块1中第一二极管d1、第四二极管d4、第一三极管t1导通，其他开关管断开；第二双向开关模块2中第六二极管d6、第七二极管d7导通，其他开关管断开；第一降压模块3及第二降压模块4中所有开关管断开。

如图3所述，为本发明的一种buck型变换器拓扑开关模态(模态2)示意图，此时，第一双向开关模块1与第二双向开关模块2均处于导通状态，而第一降压模块3及第二降压模块4断开。第一双向开关模块1中第二二极管d2、第三二极管d3、第一三极管t1导通，其他开关管断开；第二双向开关模块2中第五二极管d5、第八二极管d8导通，其他开关管断开；第一降压模块3及第二降压模块4中所有开关管断开。

开关模态为模态1、模态2时，输出电压均为uout＝d1uin,其中uout为输出电压，uin为输入电压，d1为双向开关模块的占空比。占空比为一个脉冲循环内通电时间所占的比例。模态1对应输入电压为正，模态2对应输入电压为负。

如图4所述，为本发明的一种buck型变换器拓扑开关模态(模态3)示意图，此时，第一双向开关模块1与第二降压模块4均处于导通状态，而第二双向开关模块2及第一降压模块3断开。第一双向开关模块1中第一二极管d1、第四二极管d4、第一三极管t1导通，其他开关管断开；第二降压模块4中第十四二极管d14、第十五二极管d15导通，其他开关管断开；第二双向开关模块2及第一降压模块3中所有开关管断开。

如图5所述，为本发明的一种buck型变换器拓扑开关模态(模态4)示意图，此时，第二双向开关模块2与第一降压模块3均处于导通状态，而第一双向开关模块1及第二降压模块4断开。第二双向开关模块2中第六二极管d6、第七二极管d7、第二三极管t2导通，其他开关管断开；第一降压模块3中第十二极管d10、第十一二极管d11导通，其他开关管断开；第一双向开关模块1及第二降压模块4中所有开关管断开。

在模态3、模态4的开关模态状态下，对应的降压模块导通，第一降压模块3中的第一蓄电池组的电压值为v10，第二降压模块4中的第二蓄电池组的电压值为v20，且v10＝v20＝v。

开关模态为模态3、模态4时，输出电压均为其中uout为输出电压，uin为输入电压，d1为双向开关模块的占空比，d2为降压模块的占空比，v为蓄电池组的电压值。

如图6所述，为本发明的一种buck型变换器拓扑开关模态(模态5)示意图，此时，第一双向开关模块1与第二降压模块4均处于导通状态，而第二双向开关模块2及第一降压模块3断开。第一双向开关模块1中第一二极管d1、第四二极管d4、第一三极管t1导通，其他开关管断开；第二降压模块4中第十五二极管d15、第六三极管t6导通，其他开关管断开；第二双向开关模块2及第一降压模块3中所有开关管断开。

如图7所述，为本发明的一种buck型变换器拓扑开关模态(模态6)示意图，此时，第二双向开关模块2与第一降压模块3均处于导通状态，而第一双向开关模块1及第二降压模块4断开。第二双向开关模块2中第六二极管d6、第七二极管d7、第二三极管t2导通，其他开关管断开；第一降压模块3中第十一二极管d11、第四三极管t3导通，其他开关管断开；第一双向开关模块1及第二降压模块4中所有开关管断开。

开关模态为模态5、模态6时，输出电压均为其中uout为输出电压，uin为输入电压，d1为双向开关模块的占空比。

在模态5、模态6中，虽然降压模块也处于导通状态，但这两种模态下，蓄电池组并未接入电路中，降压模块不起作用，因此，输出电压不受降压模块占空比的影响。

下面进行举例说明：

假设，交流电压的振幅为100v，蓄电池组的电压值为20v，占空比d1为0.5，占空比d2＝0.5。

当输入100v时，根据上面的输出电压公式可得，输出电压可为5v，25v,50v；当输入-100v时，输出电压可为-25v，-30v，-50v。

根据上述电压值可以将系统分为-50v到-30v，-30v到-25v，-25v到0v，0v到5v，5v到25v，25v到50v几种开关模块间的切换。通过调整各开关模态的工作顺序，对占空比进行适当的控制，可以使得输出电压呈现正弦波形。

本发明所提供的一种加速度传感器校准方法及系统，该变换器拓扑中不需要加入变压器，直接从交流到交流，可以实现单级功率变换，且变换器拓扑更为简单；采用较多的电平数去逼近所希望的波形，有效的降低系统输出总谐波畸变率(thd)，从而可以大大减小滤波器的体积和质量、提高输出波形质量；无中间环节，可直接驱动负载；将蓄电池组反向串入电压回路，增大了输入输出电压的压降比，从而更好的降低电压；且在电压回路中，串联的功率开关管数量比较多，总输入电压不变的情况下，每个开关管所承担的电压应力较小。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。